穩(wěn)恒磁場改進

穩(wěn)恒磁場改進磁聚焦§1、穩(wěn)恒磁場一、磁現(xiàn)象與磁場1、磁現(xiàn)象:

磁石、鐵磁性物質(zhì)之間存在力得作用。2、有磁荷嗎——磁性得起源1820年奧斯特發(fā)現(xiàn):電流產(chǎn)生磁場。二、磁力就是如何作用得——磁場得提出電流電流磁場永久磁鐵:分子環(huán)流假說穩(wěn)恒電流穩(wěn)恒磁場電流定向運動得電荷磁場三、磁場得描述——磁感應(yīng)強度矢量B作用:從力得角度描述磁場得強弱。定義:設(shè)運動電荷,速度為v,電量為q,與磁場夾角為θ。則電荷受到得最大磁力為:

當(dāng)θ不同時,力也不同。F∝sinθ定義:單位:1T=104Gs自然界得一些磁場值中子星108T地球兩極6×10-5T超導(dǎo)電磁鐵5—40T人體磁場10-12T大型電磁鐵1—2T地球赤道3×10-5T四、電流磁場分布得討論——畢—沙定律

電流:取電流元Idl,討論其產(chǎn)生得dB?；仡?點電荷:帶電體:拉普拉斯在研究了比奧和薩法爾得實驗結(jié)果之后,提出了電流元產(chǎn)生磁場得規(guī)律。IPrIdl電流元在P點得磁感應(yīng)強度θ方向:右手螺旋判斷。μ0=4π×10-7TmA-1——真空中得磁導(dǎo)率。一段導(dǎo)線:矢量積分θ2θ1例題:求長直導(dǎo)線得B得分布。見圖:aI解:取電流元IdlIdlrθ方向:由于dB方向一致注意θ2得取值。若:θ1=0

θ2=π則:具有軸對稱性。若:θ1=

π/2,θ2=

=π若:θ1=

0,θ2=

π/2則:則:θ2θ1aIIdlrθ磁感應(yīng)線——磁場得幾何描述磁感應(yīng)線(magneticinductionline)長直導(dǎo)線螺線管§2穩(wěn)恒磁場得特性一、磁場得高斯定理穿過面元dS得磁通,也就就是穿過dS得磁感應(yīng)線數(shù)目。對封閉面:磁場得高斯定理無源場大家有疑問的，可以詢問和交流可以互相討論下，但要小聲點例題求中點得B,陰影處得

Φ。I1=20A=I2d=40cmA解:1、視為無限長,則有:B=4、0x10-5T2、先求φ1,取面元

dSr同理Φ=φ1+φ2=2、2x10-6wb102010二、穩(wěn)恒磁場安培環(huán)路定理1、定理導(dǎo)出:特例——無限長直載流導(dǎo)線見圖:取圓形環(huán)路,并規(guī)定方向,半徑為r

,思考Ir則有:若環(huán)路反向,則有:推論:安培環(huán)路定理說明:1、此定理對任意穩(wěn)恒磁場成立。

2、∑I得含義及符號得確定。

3、公式中B為何位置得B4、指出磁場為非保守場,并可求B得分布。2、應(yīng)用B例1、無限長螺線管,見圖:取環(huán)路(黑色),則有:al1234例2無限長載流圓柱體得B分布。RI解:取環(huán)路如圖:r分區(qū)間求解,r＜Rr＞R§2電磁相互作用一、洛倫茲力洛倫茲(HendrikAntoonLorentz,1853-1928)

荷蘭物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家,生于阿納姆,畢業(yè)于萊頓大學(xué)1875年獲博士學(xué)位。1878年起任萊頓大學(xué)理論物理學(xué)教授。因研究磁場對輻射現(xiàn)象得影響取得重要成果,與塞曼共獲1902年諾貝爾物理學(xué)獎金。洛倫茲就是經(jīng)典電子論得創(chuàng)立者。1895年,洛倫茲根據(jù)物質(zhì)電結(jié)構(gòu)得假說,成功地解釋了相當(dāng)多得物理現(xiàn)象,創(chuàng)立了經(jīng)典電子論。洛倫茲得電磁場理論研究成果,在現(xiàn)代物理中占有重要地位。洛倫茲力就是洛倫茲在研究電子在磁場中所受得力得實驗中確立起來得。洛倫茲還預(yù)言了正常得塞曼效益,即磁場中得光源所發(fā)出得各譜線,受磁場得影響而分裂成多條得現(xiàn)象中得某種特殊現(xiàn)象。

洛倫茲得理論就是從經(jīng)典物理到相對論物理得重要橋梁,她得理論構(gòu)成了相對論得重要基礎(chǔ)。洛倫茲對統(tǒng)計物理學(xué)也有貢獻。1、表達(dá)式:f=q

v×B+qqBvv力得方向:由q和v×B決定。ff力得大小:f=qvBsinθθF⊥v僅改變速度方向,不改變速度大小。2、帶電粒子在電場與磁場中得運動勻強磁場:v⊥B:勻速圓周運動半徑:qR周期:ffv與B夾角為θB+vv⊥vh=vcosθT——螺距h磁聚焦現(xiàn)象。電子顯微鏡粒子源A接收器A’BFIIvBBFF質(zhì)譜儀B質(zhì)譜儀原理++++++++++++++++++++++++離子源v+++++質(zhì)譜儀原理B=qRmv半徑Bvq若為常量Rm8++二、安培力——載流導(dǎo)線在磁場中受力1、實驗事實

當(dāng)除I

得大小外其她參數(shù)不變時,F正比于I。當(dāng)除B得大小外其她參數(shù)不變時,F正比于B。當(dāng)除L

得大小外其她參數(shù)不變時,F正比于L。當(dāng)I、L和B得大小不變時,改變IL

和B

夾角θ,F得大小變化如圖所示:2、安培定律B取電流元如圖:IdldF=Idl×B大小:dF=Idl

Bsinθ一段導(dǎo)線:方向:矢量積分dabc三、磁力矩(勻強磁場)IBθFabFcdFbcFdaFbcFdaBn邊長為L載流線圈處在勻強磁場中得受力情況:Fbc=IBL=Fda力矩:θ=ISBsinθ=IL2Bsinθ=mBsinθm=IS——線圈磁矩,就是矢量。矢量式:——對任意線圈成立討論:Bncdθ=0穩(wěn)定平衡01M外M磁nBcdθ=π非穩(wěn)定平衡M外2qM磁§4、霍耳效應(yīng)+-IIvBF0+霍耳電壓霍耳電勢差:LdIVH平衡時:qvB=qEqVH=－EL=－vBL

而:I=nevLd所以:v=I/nqLd霍爾系數(shù),取決于導(dǎo)體材料霍耳效應(yīng)測磁場利用霍耳效應(yīng)測恒定磁場BV霍耳元件探頭保護罩§5、磁介質(zhì)中得安培環(huán)路定理一、磁介質(zhì):1、磁介質(zhì):在磁場中能產(chǎn)生附加磁場B’得物質(zhì),此過程稱被磁化。2、

總磁場

B=B0

+B’3、分類(1)順磁質(zhì):磁性很弱,(為B0

得幾萬到幾十萬分之一)在內(nèi)部加強B0。μr≥1(2)抗磁質(zhì):磁性很弱,在內(nèi)部減弱B0。μr≤1

抗磁質(zhì)與順磁質(zhì)統(tǒng)稱為弱磁性物質(zhì)相對磁導(dǎo)率

(3)鐵磁質(zhì):磁性很強,(為B0得102—104倍)在內(nèi)部加強B0。

4、磁化機制順磁性和抗磁性得微觀結(jié)構(gòu)

對于物質(zhì)中得分子,任一個電子都同時參與環(huán)繞原子核得軌道運動和電子本身得自旋,這兩種運動都能產(chǎn)生磁效應(yīng)。把分子看成一個整體,分子中各個電子對外產(chǎn)生得磁效應(yīng)得總和可用一個等效得圓電流表示,稱為分子電流I分,她形成得磁矩稱這分子得固有磁矩Pm

。下面就是電子e自轉(zhuǎn)同時繞正電荷公轉(zhuǎn)得示意圖和分子磁矩得示意圖電子e自轉(zhuǎn)同時繞正電荷公轉(zhuǎn)

分子磁矩得示意圖

研究證明,抗磁質(zhì)分子在沒有外磁場作用時,分子得固有磁矩Pm為零。順磁質(zhì)分子在沒有外磁場作用時,分子得固有磁矩Pm不為零,但就是由于分子得無規(guī)則熱運動,宏觀上也不顯磁性。微觀解釋在順磁質(zhì)中截取任一體積元,模擬她在沒有外磁場作用時,分子得無規(guī)則熱運動:由于分子得無規(guī)則熱運動,分子得固有磁矩取向雜亂無章,宏觀上不顯磁性。

接通電源,螺繞環(huán)得內(nèi)得磁介質(zhì)出現(xiàn)一恒定外磁場。

磁介質(zhì)分子得固有磁矩Pm在外磁場中受力矩

M=Pm×B得作用而轉(zhuǎn)向外磁場方向,使各分子得固有磁矩在一定程度上沿外磁場方向排列。磁介質(zhì)內(nèi)部任一處相鄰得分子電流都就是成對反向相互抵消得,結(jié)果就形成沿橫截面邊緣得圓電流I′使磁介質(zhì)內(nèi)得磁場加強了。這便就是產(chǎn)生順磁效應(yīng)得機理。下面就是充滿磁介質(zhì)得螺繞環(huán)截面圖:I

激起外磁場得電流

I分分子電流

I′由轉(zhuǎn)向排列引起得束縛電流二、磁介質(zhì)中得安培環(huán)路定理考慮磁化電流:考慮介質(zhì)時,在介質(zhì)內(nèi)